Come funziona Bitcoin

Bitcoin è un protocollo in cui tutte le transazioni vengono riportate su un registro digitale pubblico decentralizzato. La spina dorsale di questo asset e’ un sistema di verifica decentralizzata e senza fiducia, basato sulla matematica della crittografia.

Il registro

Alla base di questo protocollo è l’idea appunto che tutte le transazioni siano registrate su un registro pubblico.

Le firme digitali

Il primo livello di verifica sull’elenco delle transazioni è che le transazioni sono protette tramite firme digitali crittografiche. Queste firme contengono una chiave pubblica e una chiave privata. Queste firme crittografiche si basano su un algoritmo ellittico. Ciò significa che sono praticamente impossibili da decodificare, quindi impossibili da indovinare.

Le firme sono in pratica impossibili da falsificare o replicare perché si basano su due funzioni:

1. Funzione SIGN (transazione, chiave privata) = Firma

2. Funzione VERIFY (Transizione, Firma, Chiave pubblica) =VERO/FALSO

Quindi ogni firma è protetta da una chiave privata ed è unica per il mittente ma anche per la transazione specifica. La firma apparirà diversa per ogni transazione, quindi non solo la firma non può essere falsificata, ma anche la combinazione unica transazione+firma non può essere copiata.

L’elenco di tutte le transazioni è la valuta

Bitcoin <-> Protocollo

Per entrare nel sistema ed essere inclusi in questo registro, da un punto di vista pratico è necessario collegarsi online a una piattaforma di scambio ed entrare nel registro tramite una transazione da valuta fiat a criptovaluta. Ma questo non è sempre necessario. Se si riceve BTC perché si è fornito un servizio o perché in cambio si è dato USD a qualcuno che ha dato BTC in cambio, questo è irrilevante per il sistema. Una volta che si è all’interno, la transazione è la valuta. Non c’è bisogno di scambiare nient’altro. Il protocollo garantisce che nessuno spenda piu’ di quanto ha perche mantiene lo storico di tutte le transazioni. Questo step rimuove la connessione tra i registri ed il cash. Quindi il cash non serve piu’. Lo storico delle transazioni e’ la valuta!

Decentralizzazione

Come si fa a garantire che lo storico delle transazioni sia quello valido e sia condiviso da tutti? Chi tiene lo storico delle transazioni e ne garantisce l’integrità? Nessuna entita centrale. L’elenco delle transazioni è pubblico. TUTTI hanno una copia aggiornata del registro. Ciò garantisce la decentralizzazione e l’assenza di necessita’ di fidarsi di fidarsi di qualcuno o qualcosa che garantisca il registro. Ogni volta che si verifica una nuova transazione, questa viene trasmessa a tutti i computer ovunque. La fiducia nel protocollo e’ nel fatto che tutto il mondo ha la stessa copia del registro in ogni momento.

Proof of Work

Entriamo nel vivo. Per garantire che tutti i registri in tutto il mondo siano gli stessi per tutti e siano quelli più aggiornati, come si può essere sicuri che tutti registrino le stesse transazioni nello stesso ordine e che tutti abbiano la stessa versione? Ciò avviene attraverso un sistema chiamato Proof of Work. Proof of Work (PoW) è il meccanismo di consenso utilizzato per proteggere la rete, convalidare le transazioni e aggiungere nuovi blocchi alla blockchain. PoW garantisce che tutti i partecipanti alla rete Bitcoin concordino sullo stato della blockchain senza bisogno di un’autorità centrale. Impedisce la doppia spesa, garantisce la validità delle transazioni e rende computazionalmente esageratamente costoso attaccare la rete.

Quali sono le caratteristiche principali del PoW in Bitcoin?

E’ Decentralizzato: nessuna singola entità controlla la rete; i miner competono a livello globale.

E’ Immutabile: una volta che un blocco viene aggiunto e confermato dai blocchi successivi, modificarlo è quasi impossibile senza rifare il lavoro per quel blocco e tutti i blocchi successivi.

E’ Trustless: i nodi possono verificare il lavoro in modo indipendente, garantendo la fiducia nel sistema senza fare affidamento su alcuna autorità centrale.

Ma vediamo come funziona. Il Proof of Work prevede che i miner competano per risolvere un puzzle crittografico che richiede un’elevata potenza di calcolo. Il primo miner che lo risolve può aggiungere un nuovo blocco di transazioni alla blockchain e viene ricompensato con BTC appena coniati (ricompensa di blocco) più le commissioni di transazione. Addentriamoci passo passo perche’ questa e’ la spina dorsale di Bitcoin.

1. Raccolta delle transazioni

– Gli utenti inviano transazioni Bitcoin, che vengono trasmesse alla rete e raccolte in un pool di transazioni non confermate (il mempool), una sorta di sala di attesa.

– I miner selezionano le transazioni dal mempool da includere in un blocco candidato.

2. Creazione di un blocco candidato

I miner raggruppano le transazioni selezionate in un blocco e aggiungono un’intestazione di blocco, che include:

– Un riferimento all’hash del blocco precedente (che collega i blocchi nella catena).

– Un timestamp.

– Un nonce (un numero casuale che i miner regolano per risolvere il puzzle).

– La radice Merkle (un hash che riassume tutte le transazioni nel blocco).

– L’attuale obiettivo di difficoltà.

3. Risoluzione del puzzle crittografico

– I miner devono a questo punto trovare un nonce che, combinato con l’intestazione del blocco e sottoposto a hash (utilizzando l’algoritmo SHA-256), produca un valore hash inferiore a un valore target specifico impostato dalla difficoltà della rete (questo lo spiegheremo tra un attimo).
– L’obiettivo è un numero molto piccolo, quindi l’hash deve iniziare con un certo numero di zeri iniziali (ad esempio, 000000...). Questo è ciò che rende difficile il puzzle.
– I miner provano ripetutamente diversi nonce, eseguendo l’hash dell’intestazione del blocco ogni volta, fino a quando non trovano un hash valido o un altro miner li batte sul tempo. Come un’estrazione di numeri di una lotteria.

4. Trasmissione della soluzione

– Quando un miner trova un hash valido (ovvero uno che soddisfa l’obiettivo di difficoltà), trasmette il blocco completato alla rete.

– Gli altri nodi verificano il blocco controllando che: l’hash soddisfi il requisito di difficoltà, le transazioni nel blocco siano valide (ad esempio, nessuna doppia spesa) e che il blocco segua le regole di Bitcoin (ad esempio, dimensione corretta del blocco, firme valide).

5. Aggiunta alla blockchain

Se il blocco è valido, gli altri nodi lo accettano e lo aggiungono alla loro copia della blockchain. I miner passano quindi al blocco successivo, utilizzando l’hash del blocco appena aggiunto come riferimento per il prossimo blocco candidato.

6. Ricompensa del blocco

Il miner che ha completato con successo la transazione riceve una ricompensa (BTC appena coniati) e le commissioni delle transazioni incluse nel blocco. A settembre 2025, la ricompensa del blocco è di 3,125 BTC (dimezzata rispetto ai 6,25 BTC di maggio 2024).

7. Regolazione della difficoltà

Osserviamo che la difficoltà del puzzle viene regolata approssimativamente ogni due settimane (o ogni 2.016 blocchi) per garantire che i blocchi vengano estratti all’incirca ogni 10 minuti, indipendentemente dalla potenza di calcolo totale (hash rate) nella rete.

Se si aggiungono altri miner e l’hash rate aumenta, la difficoltà aumenta (il valore target diminuisce).

Se i miner abbandonano e l’hash rate diminuisce, la difficoltà diminuisce (il valore target aumenta).

Perché questo sistema è sicuro?

Costo computazionale: risolvere il puzzle richiede una notevole potenza di calcolo ed energia, rendendo costoso attaccare la rete (ad esempio, cercando di riscrivere la blockchain).

Incentivi economici: i miner sono incentivati a seguire le regole perché guadagnano ricompense per il loro comportamento onesto. Attaccare la rete (ad esempio tramite un attacco del 51%) è costoso e difficilmente redditizio.

Catena di fiducia: la catena più lunga con il maggior lavoro accumulato (hash) è considerata la blockchain valida, rendendo difficile per gli attori malintenzionati proporre una catena alternativa a meno che non controllino la maggior parte dell’hash rate della rete.

La Blockchain

Recuperiamo un paio di concetti importanti gia introdotti nel paragrafo precedente. Abbiamo detto che il registro è organizzato in blocchi. Allo stesso modo in cui una transazione è considerata valida solo se firmata dal mittente, un blocco è considerato valido solo se ha una Proof of Work. E per garantire che i blocchi seguano un ordine di transazioni, come gia’ spiegato, facciamo in modo che un blocco contenga anche l’hash del blocco precedente. Questo rende tutti i blocchi “concatenati” insieme e parliamo quindi di blockchain.

Il Mining

Il secondo concetto che vogliamo riprendere è quello del mining. Chiunque nel mondo può potenzialmente eseguire la Proof of Work, ovvero ascoltare le transazioni trasmesse, raccoglierle in un nuovo blocco e poi svolgere il lavoro computazionale per trovare il numero speciale che fa sì che la funzione ash inizi con un numero prestabilito di zeri.

Quindi, quando parliamo di miner, in realtà si tratta di partecipanti che ascoltano le transazioni e le convalidano ottenendo una ricompensa. Tutti i BTC esistenti vengono introdotti nel sistema con questo processo. Ogni 210.000 blocchi, ovvero all’incirca ogni 4 anni, la ricompensa si dimezza (come detto prima, al momento è più o meno 3 BTC per blocco).

Questo piu’ o meno da’ un idea di come funziona Bitcoin. Alcuni dettagli tecnici sono stati omessi, per non complicare troppo la spiegazione. Questa spiegazione non e’ necessaria per operare, scambiare o investire in Bitcoin. Serve solo per capire cosa sia e come funzioni questa innovazione, e ci auguriamo possa aiutare a comprenderne la portata.